عنوان

نانوکامپوزیت های برپایه پلیمرهای زیست تخریب پذیر طبیعی و هیبرید آنها با پلی آنیلین تهیه، بررسی خصوصیات و کاربردها

‭۱۲۳۱۰پ‬

per

نانوکامپوزیت های برپایه پلیمرهای زیست تخریب پذیر طبیعی و هیبرید آنها با پلی آنیلین تهیه، بررسی خصوصیات و کاربردها

/فهیمه فرشی ازهر

: دانشکده شیمی

‮‭۲۴۰‬ص‬

چاپی

دکتری تخصصی

در رشته شیمی کاربردی

‮‭۱۳۹۲/۱۰/۲۵‬

تبریز

پلیمرهای زیست تخریب پذیر طبیعی به دلیل مزایای ذاتی از قبیل زیست سازگاری، زیست تخریب پذیری و منابع تجدید پذیر، به عنوان یک دسته وسیع از زیست مواد می توانند اولین انتخاب در کاربردهای زیست محیطی و زیست پزشکی باشند .با این وجود برخی محدودیت ها نظیر انحلال پذیری بالا، منطقه سطحی و تخلخل پایین، خواص مکانیکی ضعیف و عدم امکان کنترل تخریب آنها منجر به لزوم استفاده از فرآیندهای اصلاحی شیمیایی و فیزیکی برای بهبود خواص شیمیایی، فیزیکی و مکانیکی آنها شده است .در این میان تهیه نانوکامپوزیت ها و سیستم های هیبریدی برای اصلاح پلیمرهای طبیعی از مؤثرترین روشها می باشد .در کار پژوهشی حاضر، نانوکامپوزیت هایی برپایه پلیمرهای زیست تخریب پذیر طبیعی شامل کیتوزان‮‭(CS)‬ ، سدیم آلژینات‮‭(Alg)‬ ، ژلاتین ‮‭(Gel)‬ و نشاسته ‮‭(St)‬ با خاک رس سدیم مونت موریلونیت ‮‭(MMT)‬ و همچنین هیبرید آنها با پلیمر هادی پلی آنیلین‮‭(PANI)‬ ، به منظور بکارگیری در کاربردهای زیست محیطی و زیست پزشکی تهیه گردید .در این راستا بعد از تهیه این سیستم های نانوکامپوزیتی و هیبریدی، اقدام به شناسایی و بررسی خواص آنها به کمک تکنیک هایی نظیر‮‭IR- FT‬،‮‭XRD‬ ،‮‭SEM‬ ، ‮‭TEM‬ و ‮‭TGA‬ گردید .کاربرد این نانوکامپوزیت ها به عنوان جاذب برای آلاینده های زیست محیطی شامل یونهای فلزات سنگین و مواد رنگزای آلی بررسی گردید .ظرفیت جذب برای حذف یونهای ‮‭Cr(VI)‬ توسط نانوکامپوزیت هیبریدی‮‭MMT/PANI - Alg‬برابر با‮‭۱۲۵ - mg g‬ ‮‭۱‬در طول ‮‭۱۰‬ دقیقه تماس بدست آمد که بیانگر قابلیت بکارگیری آن در طراحی سیستم‌صهای پیوسته جهت حذف این آلاینده می‌صباشد .همچنین با استفاده از روش رویه پاسخ، ظرفیت جذب سطحی نانوکامپوزیت هیبریدی‮‭MMT/PANI - St‬در حذف ماده رنگزای آبی راکتیو ‮‭(RB ۱۹۴)‬ مدلسازی و بهینه سازی شد .طبق تحلیل پارتو از میان عوامل مؤثر، غلظت اولیه ماده رنگزا و مقدار جاذب بیشترین تأثیر را بر ظرفیت جذب نانوکامپوزیت داشته و در شرایط بهینه تعیین شده توسط مدل، ظرفیت جذب‮‭۶۱۷/۴۶ - mg g‬ ‮‭۱‬تعیین گردید .در بخش بعدی کاربرد سیستم های نانوکامپوزیتی تهیه شده در زمینه های زیست پزشکی) مهندسی بافت و دارورسانی (بررسی گردید .با رویکرد الگوبرداری از ساختار طبیعی بافت های سختی نظیر استخوان، داربستهای کامپوزیتی بر پایه پلیمرهای طبیعی، نانوذراتی نظیر خاک رس سدیم مونت موریلونیت و سرامیک زیست فعال هیدروکسی آپاتیت ‮‭(nHA)‬ و پلیمر هادی پلی آنیلین طراحی شد .داربستهای طراحی شده خواص قابل کنترلی را از نظر ساختار حفرات، میزان تخلخل، تورم پذیری، خواص مکانیکی، تخریب در شرایط برون تنی و تشکیل مواد زیست معدنی در شرایط برون تنی نشان دادند .طبق تصاویر‮‭SEM‬ ، نوع پلیمر در فرمولاسیون، بیشترین تأثیر را بر شکل و اندازه حفرات داربست داشت .بررسی میزان تورم داربستها نشان داد که هرچه پلیمر خصلت آب دوستی بیشتری داشته باشد، تورم پذیری داربست بیشتر است .حضور ذرات افزودنی‮‭(nHA‬ ، ‮‭MMT‬و‮‭PANI)‬ ، باعث کاهش تورم پذیری، افزایش دانسیته و کاهش تخلخل شد .در داربستهای حاوی ذرات معدنی، داربستها از تخریب آنزیمی و هیدرولیزی محافظت شده و میزان تخریب در شرایط برون تنی کاهش یافت .در بررسی خواص مکانیکی داربستها، ‮‭nHA‬ باعث کاهش استحکام کششی، استحکام فشاری و مدول یانگ گردید، درحالیکه ‮‭MMT‬ و ‮‭PANI‬ منجر به بهبود این خواص شدند .تشکیل مواد زیست معدنی نظیر آپاتیت در شرایط برون تنی در داربستهای کامپوزیتی حاوی ذرات تقویت کننده که به عنوان سایت های هسته زایی عمل می کنند، بیشتر بود .انجام تست های سازگاری ‮‭(MTT assay)‬ و کشت سلولی با استفاده از سلولهای دندانی ‮‭(DPSC)‬ و کلیه‮‭(FLK)‬ ، زیست سازگاری و توانایی تکثیر سلولها بر روی داربستها را تأیید کرد .در قسمت دیگر، برای رهایش پیوسته و هدفمند داروی ضدسرطان‮‭۵‬ - فلوئورو اوراسیل‮‭FU)- (۵‬، سیستم نانوکامپوزیتی بر پایه پلیمرهای طبیعی و ‮‭MMT‬ تهیه گردید .بررسی های رهایش دارو در شرایط برون تنی نشان داد که قرارگرفتن دارو در بین لایه های سیلیکاتی ‮‭MMT‬ منجر به رهایش کند و پایدار دارو می شود، بطوریکه زمان لازم برای رهایش ‮‭۵۰‬ دارو، ‮‭T۵۰‬ ، حدود ‮‭۸‬ ساعت تعیین گردید .وجود روکشی از پلیمرهای آلژینات و کیتوزان در اطراف‮‭FU/MMT - ۵‬باعث رهایش وابسته به ‮‭pH‬ سیستم دارورسانی شد و بیشترین میزان رهایش در ‮‭pH‬ برابر ‮‭۴/۷‬ بدست آمد .همچنین بررسی های سینتیکی رهایش دارو نشان داد که انتقال دارو از سیستم نانوکامپوزیتی‮‭CS -FU/MMT/Alg- ۵‬با ضریب همبستگی ‮‭۹۲۹۲/۰‬ تطابق خوبی با مدل ‮‭Higuchi‬ دارد که در این مدل، مکانیسم رهایش از طریق نفوذ فیکی می باشد

FU release by adding MMT caused to shifting of drug transport from anomalous type to fickian mechanism-CS nanocomposite system containing 30 wt MMT in the release media with pH of 7.4, effectively sustained the drug release and the time for 50 release, T50 , was about 8 h. The drug release data showed the best fit to the Higuchi kinetic model. Taking into account the value of n from kinetic model, it can be concluded that the 5-FU/MMT/Alg-vitro release experiments, 5-FU). By in-fluorouracil (5-vitro biomineralization studies, apatite could be formed more efficiently on the composite scaffolds. Scaffolds were assessed by cell viability and cell culture studies using dental pulp stem cells (DPSCs) and FLK kidney cells. Results indicated no toxicity, with good attachment and proliferation on the pore surfaces of the scaffold. In another part, a sustained drug release system based on natural polymers and MMT was developed for an anticancer drug, 5-vitro degradation rate. Mechanical properties investigation revealed that nHA reduced tensile strength, compressive strength and the Young's modulus, while MMT and PANI improved these properties. Also according to the in-vitro biomineralization. According to the SEM results, type of polymer had the most influence on the shape and size of the scaffold pores. Addition of additive particles (nHA, MMT and PANI), decreased swelling and porosity of the scaffolds. The scaffolds containing mineral particles, showed decreased in-vitro degradation and in-1. In the next section, application of nanocomposite systems was investigated in biomedical fields (tissue engineering and drug delivery systems). By mimic both nanoscale architecture and chemical composition of natural hard tissues such as bone, composite scaffolds were prepared based on natural polymers as matrix, and sodium montmorillonite clay, nanohydroxyapatite bioceramic, and conducting polyaniline as additives. Designed scaffolds creates controllable condition to moderate the scaffold properties such as pore structure, porosity, swelling, mechanical properties, in-MMT/PANI hybrid nanocomposite for removal of reactive dye molecules from aqueous solution. Pareto analysis for identification of the factors effects on the process revealed that the initial dye concentration and adsorbent dosage were the most effective parameters. The adsorption capacity value in the optimum condition, determined by the model, was 46.617 mg g-1 within 10 minutes of exposure, which demonstrates the effectiveness of this system in continuous removal processes. Also response surface methodology was employed for the modeling of adsorption properties of the St-MMT/PANI hybrid nanocomposite for Cr (VI) was calculated to be 125 mg g-IR, XRD, SEM, TEM, and TGA techniques. The use of these systems as adsorbents for environmental contaminants such as heavy metal ions and organic dyes was investigated. The adsorption capacity of Alg-Natural biodegradable polymers due to their inherent advantages such as biocompatibility, biodegradability and renewable resources are as a wide range of biomaterials that can be the first choice in environmental and biomedical applications. However, some limitations such as high solubility, low surface area and porosity, poor mechanical properties and lack of control in their degradation have made their necessity to be modified chemically or physically. The preparation of nanocomposites and hybrid systems is the most effective method for modifying natural polymers. The main objective of this research work is the preparation of nanocomposites based on natural biodegradable polymers such as chitosan (CS), gelatin (Gel), sodium alginate (Alg) and starch (St) with sodium montmorillonite clay (MMT) and also synthesis of their hybrids with conductive polyaniline (PANI), for use in environmental and biomedical applications. In this regard, the first attempt was made to prepare the nanocomposite and hybrid systems, and their characterization by FT

فرشی ازهر، فهیمه

اولاد، علی، استاد راهنما

میرمحسنی، عبدالرضا، استاد مشاور

داوران، سودابه، استاد مشاور

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی